【摘 要】
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玉米（Zea mays L.）作为五大粮食（水稻、小麦、玉米、大豆、土豆）作物之一,在食品、饲料、化工业等领域上有着广泛的应用。同时,玉米具有雌雄异花、人工授粉方便、结实数量多等优点,常被用作遗传发育研究的模式植物。突变体是研究玉米功能基因的重要材料,对于玉米种质改良和创新具有重要的意义。通常可以采用转座子插入、物理诱变和化学诱变等方法创制玉米突变体。化学诱变中,EMS（甲基磺酸乙酯）诱变可操作性
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玉米（Zea mays L.）作为五大粮食（水稻、小麦、玉米、大豆、土豆）作物之一,在食品、饲料、化工业等领域上有着广泛的应用。同时,玉米具有雌雄异花、人工授粉方便、结实数量多等优点,常被用作遗传发育研究的模式植物。突变体是研究玉米功能基因的重要材料,对于玉米种质改良和创新具有重要的意义。通常可以采用转座子插入、物理诱变和化学诱变等方法创制玉米突变体。化学诱变中,EMS（甲基磺酸乙酯）诱变可操作性强、简单易行,通常产生G＞A/C＞T的突变,同时突变位点多且随机分布。近年来,高通量测序技术的高速发展,使得玉米EMS诱变突变体的快速定位成为可能。本论文对一个EMS诱变产生的玉米黄化突变体（apg3）进行了基因定位和初步的功能分析。取得的研究进展如下:1、突变体表型鉴定及遗传分析:玉米自交系B73 apg3突变体在种子萌发后表现为叶片黄化表型,三叶期之后幼苗逐渐死亡。与正常植株相比,突变体叶片的光合相关色素含量显著下降。亚显微结构观察发现,突变体叶肉细胞中叶绿体的基粒片层丢失。遗传学分析表明该突变性状是由单基因隐性控制。2、基因定位:利用Mut Mup方法对该黄化突变体进行了基因定位,发现ZmAPG3（albino or pale green mutant）基因发生了c.836G＞A|p.G279E的非同义突变。根据结构和功能注释,该基因编码肽链释放因子,含有典型的肽链释放因子GGQ区域,[ARH]-[STA]-x-G-x-G-G-Q-[HNGCSY]-[VI]-N-x（3）-[ST]-[AKG]-[IV],p.G279E的突变发生在上述序列中第1个较为保守G的位置。3、等位验证:从公共EMS突变体库（MEMD）中获得了ZmAGP3的等位基因突变体,该突变体的ZmAPG3发生了无义突变,纯合突变体幼苗表现为白化表型,三叶期后死亡。对黄化和白化突变体进行基因等位性测验,结果表明两突变体是由同一个基因的不同等位基因所控制,因此证明ZmAPG3发生突变会导致玉米黄化、白化的表型。4、基因功能分析:ZmAPG3生物信息学分析结果表明,玉米中的APG3与高粱和南荻中的同源基因相似度最高;ZmAPG3在玉米不同组织均有表达,且在叶片中的表达量最高。针对ZmAPG3构建植物瞬时表达载体并转化玉米叶片原生质体,发现ZmAPG3定位于叶绿体中,p.G279E突变并不会引起该蛋白亚细胞定位的变化。同时,利用q PCR分析了ZmAPG3-p.G279E突变对叶绿体发育相关基因的表达量变化。综上所述,本研究对一个玉米EMS诱变导致的黄化突变体进行较为详细的表型观察、基因定位和初步的功能分析。研究结果为研究玉米生长发育、光系统形态建成及进一步的遗传改良奠定了理论基础。
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